Galaxien ohne Dunkle Materie stellen Astronomen vor ein Rätsel


Dieses Hubble-Bild fängt eine Gruppe von Galaxien ein, die ungewöhnlich sind, weil sie keine dunkle Materie zu enthalten scheinen.Bildnachweis: NASA/ESA/P. Van Dokkum, Yale University.

Astronomen glauben, dass sich Galaxien nicht ohne die Schwerkraft dunkler Materie bilden können. Ein galaktischer Pfad ohne diese mysteriöse Substanz wäre also ohne ersichtlichen Grund ein großartiger Fund. In einer Veröffentlichung in Natur temperieren am 18. Mai1Jetzt sagen Astronomen, dass sie möglicherweise ein solches System bemerkt haben – ein Streifen von 11 Galaxien, die keine dunkle Materie enthalten und die alle bei derselben alten Kollision entstanden sein könnten. Aber viele ihrer Kollegen sind nicht davon überzeugt, dass diese Behauptung viel mehr als eine Hypothese ist.

Diese Art von System kann verwendet werden, um etwas über die Entstehung von Galaxien und die Natur der Dunklen Materie selbst zu lernen. „Wenn sich das bewahrheitet, könnte das für die Entstehung von Galaxien sicherlich spannend werden“, sagt Chervin Laporte, Astronom an der Universität Barcelona in Spanien:

Die Entdeckung konzentrierte sich auf zwei Galaxien, die von Peter van Dokkum an der Yale University in New Haven, Connecticut, und seinen Co-Autoren in den Jahren 2018 und 2019 beschrieben wurden. Ihre Sterne bewegten sich so langsam, dass Wolken aus dunkler Materie nicht notwendig waren, um ihre Umlaufbahnen zu erklären, so die Das Team kam zu dem Schluss, dass Galaxien keine dunkle Materie enthalten. Die Entdeckung war umstritten, weil die Galaxien mit den Namen DF2 und DF4 stabil zu sein schienen und sich von den einzigen anderen bekannten Galaxien ohne dunkle Materie unterschieden, die neu und kurzlebig sind und in den Armen großer Galaxien ohne dunkle Materie entstanden sind. von einem Nachbarn. Wie DF2 und DF4 entstanden sind, war ein Rätsel.

Verräterische Spur

In der neuesten Forschungsarbeit verbindet das Team von van Dokkum nicht nur die beiden ungewöhnlichen Galaxien, sondern sagt auch, dass ihre Eigenschaften mit ihrer Entstehung bei einer Hochgeschwindigkeitskollision vor acht Milliarden Jahren übereinstimmen, die auch zu mehr dieser Strukturen führte. „Diese einzige Erklärung erklärt viele seltsame Dinge über diese Galaxien“, sagt van Dokkum.

Das Team entlehnte sein Szenario aus Simulationen, die ursprünglich erstellt wurden, um die einzigartigen Merkmale bei großflächigen Kollisionen zwischen Galaxienhaufen zu erklären. Die Forscher vermuten, dass, wenn zwei angestammte Galaxien frontal kollidieren, ihre dunkle Materie und Sterne übereinander gesegelt wären. Dunkle Materie würde nicht interagieren, und die Sterne waren zu weit voneinander entfernt, um zu kollidieren. Aber als die dunkle Materie und die Sterne beschleunigten, kollidierte das Gas im interstellaren Raum der beiden Galaxien, schrumpfte und verlangsamte sich und hinterließ eine Materiespur, die später neue Galaxien ohne dunkle Materie bildete.

Als nächstes suchten die Forscher in der Linie zwischen DF2 und DF4 nach solchen Galaxien. Sie identifizierten drei bis sieben neue Kandidaten für Galaxien ohne dunkle Materie sowie seltsame, schwache Galaxien an beiden Enden, bei denen es sich um dunkle Materie und verbleibende Sterne aus angestammten Galaxien handeln könnte. „Er hat mir direkt ins Gesicht gestarrt, als ich wusste, wonach ich suchen musste“, sagt van Dokkum.

Wenn sich dieses Bild als richtig erweist, könnte es den Astronomen helfen, das Verhalten der Dunklen Materie zu verstehen und mehr über die Bedingungen zu erfahren, unter denen sich Galaxien bilden können. Eine solche galaktische Kollision könnte auch als „neues Labor“ genutzt werden, um zu verstehen, ob dunkle Materie mit sich selbst interagiert, sagt Ju Ojia, Astronom an der Zhejiang-Universität in Hangzhou, China.

Offene Fragen

Obwohl plausibel, sagt Priamvada Natarajan, ein Astrophysiker an der Yale University, der nicht Mitglied von van Dokkums Team ist, beschreibt das van Dokkum-Modell nur eine von mehreren Möglichkeiten, wie diese Galaxien entstanden sein könnten. Aber sie sagt, es sei interessant und, was noch wichtiger sei, es mache überprüfbare Vorhersagen.

Messungen der genauen Entfernungen und Geschwindigkeiten der Kandidatengalaxien könnten beweisen, dass sie Teil derselben Kette sind und nicht nur ein Zufall entlang derselben Sichtlinie, sagt Michelle Collins, Astronomin an der University of Surrey in Guilford, Großbritannien. “Ob das eine echte Linie ist, ist für mich eine große offene Frage.”

Astronomen müssen auch die Massen von Geistergalaxien an den Enden der Linie – möglicher Vorgängergalaxien – messen, um zu testen, ob sie so viel dunkle Materie enthalten, wie das Modell vorhersagt, fügt Laporte hinzu.

Andere fragen sich, ob eine seltsame Erklärung nötig ist. Ignacio Trujillo, ein Astronom am Institut für Astrophysik der Kanarischen Inseln in La Laguna, Spanien, leitet ein Team, das darauf hindeutet, dass DF2 und DF4 näher an der Erde sind, als van Dokkum-Messungen vermuten lassen, und daher mehr dunkle Materie enthalten, als zunächst angenommen wird.

Astronomen müssen auch zuverlässige Simulationen sehen, die zeigen, dass das vom Van Dokkum-Team beschriebene Szenario plausibel ist, sagt Myria Montes, Astronomin am Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland. „Derzeit gibt es viele Annahmen, aber diese Annahmen werden durch keine Simulationen gestützt“, sagt sie.

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